Lo que el láser permite

Los tratamientos superficiales son una de las primeras operaciones que se realizaron con láser, en concreto el temple de fundiciones. Desde el principio se observó que utilizando el láser se podía ser altamente selectivo en el tratamiento de áreas muy localizadas en piezas altamente complejas, sin dañar el resto de zonas de la pieza. Estos métodos se basan en aplicar un láser en la zona que se desea tratar utilizando los parámetros adecuados para afectar únicamente a un espesor determinado de material, mientras que el resto de la pieza no sufre ningún daño. Existen diferentes tipos de tratamiento superficial láser (Tratamientos térmicos como el templado, aporte de material, pulido de superficies, texturizado, limpieza) Dependiendo del tipo de aplicación se utilizan diferentes tipos de láser, parámetros, etc. Así, a lo largo de este artículo se presentan las principales características de tres de estos procesos de tratamiento superficial, como son el temple por láser, el aporte por láser y el texturizado.

El láser es una tecnología conocida desde hace décadas en procesos de fabricación, pero que ha ido ganando terreno en algunas aplicaciones y sectores. A los procesos más tradicionales donde el láser está más consolidado como el corte, marcado o la soldadura, se han unido otros procesos donde el láser permite obtener una calidad de proceso y competir en costes con otras aplicaciones más convencionales.

En concreto, los principales procesos donde se está integrando el láser en la industria en la actualidad son los procesos de tratamiento y modificación de superficies. Procesos como el templado por láser, el pulido láser o el aporte por láser, éste último conocido también por su denominación inglesa: laser cladding, son tres ejemplos de procesos que han sufrido un fuerte impulso en los últimos años.

Así, a lo largo de este artículo se describirán tres tipos de procesos láser que están adquiriendo una relevancia industrial cada vez mayor y que en el futuro seguramente se hablará de ellos como soluciones industriales consolidadas. En concreto, se trata de los procesos de aporte por láser, el temple por láser y la modificación superficial mediante láser, incluyendo los procesos de pulido y texturización.

Templado láser

El temple por láser es probablemente la operación de tratamiento láser más utilizada en la industria y con mayor crecimiento en la actualidad. Se basa en realizar un tratamiento de temple sobre la superficie de la pieza, ajustando la densidad de energía radiada sobre la superficie de tal manera que se de un ciclo térmico que temple superficialmente la pieza. El resultado de esta operación, es un templado superficial con muy baja aportación térmica comparado con otros métodos (temple a la llama o inducción), por lo que se obtiene un temple muy localizado y menor distorsión geométrica en las piezas. Se trata de un proceso que está siendo utilizado en el temple de matrices de conformado, en concreto en aristas de cortantes, dado que se puede obtener una superficie de alta dureza después de realizar la operación de ajuste del troquel, sin introducir prácticamente una distorsión geométrica. También se está utilizando el temple por láser en piezas de tamaño pequeño-mediano que requieren una elevada dureza superficial en zonas muy localizadas, pero cuyo núcleo debe ser tenaz.

El templado o endurecimiento superficial por láser es un tratamiento térmico que consiste en un calentamiento localizado del material por encima de la temperatura de austenización en el caso de aceros, pero sin llegar a dañar la superficie por sobrecalentamiento o fundido. Posteriormente se da un enfriamiento rápido debido a que la masa de material que no ha sido afectado térmicamente actúa como medio de temple enfriando la pieza por conducción. El resultado de la operación es la aparición de fase martensita en el área tratada, una estructura mucho más dura que la inicial que es la característica de las zonas templadas.

Así, a diferencia de un temple convencional, con el temple por láser es posible conseguir una superficie de alta dureza y resistencia al desgaste junto con un núcleo dúctil y una distorsión geométrica mínima sobre la pieza.

Aporte por láser

El proceso de aporte de material por láser, conocido también como láser cladding o plaqueado láser, es un proceso que se utiliza para recubrir superficies con un material utilizando un láser como fuente de energía. El proceso se puede utilizar para recubrir piezas de un material diferente para conseguir propiedades tribológicas óptimas, mejorar desgaste o simplemente dar una textura diferente. Por otro lado, el aporte por láser se puede utilizar también como un método de adición de material bien sea para reparar una zona determinada, fabricar una geometría 3D capa a capa o modificar la geometría de una pieza.

El aporte de material mediante láser se basa en utilizar la alta densidad de energía que se consigue con esta tecnología para fundir cierta cantidad de material de la superficie de la pieza base donde se deposita un material que puede ser de la misma naturaleza que el substrato o con propiedades que este no posee. De este modo, se va generando un cordón que posee dos características reseñables: una unión de gran calidad entre material base y material aportado, y una zona afectada térmicamente en el sustrato muy pequeña. Esto hace que sea un proceso adecuado tanto para la reparación como para la fabricación directa de piezas, compitiendo directamente con procesos de recubrimiento tradicionales como pueden ser la soldadura TIG o el plasma. Los materiales que se pueden utilizar son variados, desde materiales cerámicos para la generación de recubrimientos o superaleaciones utilizadas en el sector aeronáutico. Este hecho y la gran facilidad con la que se puede implantar esta tecnología en centros de mecanizado convencionales, hace que este proceso esté acaparando la atención de industrias que ofrecen en sus piezas un gran valor añadido, donde la posibilidad de una reducción de costes supone una gran ventaja dentro de un mercado cada vez más competitivo.

Pulido y texturizado láser

El texturizado mediante láser es un proceso que se basa en eliminar material mediante vaporización directa para crear una topografía controlada en la superficie de las piezas. Se trata, por tanto, de procesos que utilizan el haz láser de forma altamente selectiva para eliminar una cantidad mínima de material directamente mediante vaporización (sin pasar por estado de fusión). Este tipo de mecanismo de arranque de material se denomina de ablación y se caracteriza por utilizar altas densidades de energía en tiempos muy cortos… Dicho de otro modo, el láser que se utiliza en este tipo de operaciones necesita una energía relativamente alta, una calidad de haz muy elevada para concentrar esta energía en un punto y es muy habitual trabajar en régimen pulsado para controlar el tiempo de exposición entre el láser y la pieza.